KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

„Die Energiewende funktioniert über die Kunden“. Die Universität Passau forscht gemeinsam mit den Stadtwerken Passau und dem Stromgroßabnehmer und IT-Dienstleister :a:k:t: Informationssysteme AG an einem Modell, wie die Netzinfrastruktur die Herausforderungen der Energiewende verkraftet.

Kunden bilden Schlüsselfaktor zur sinnvollen Nutzung des Stromnetzes – Foto: Gabi Schoenemann / Pixelio

Ein intelligentes Steuerungssystem passt den Verbrauch automatisch dem schwankenden Angebot an.
Die Universität Passau forscht mit dem EU-Projekt „All4Green“, wie die Wende zu mehr Energie aus erneuerbaren Energien gelingt, ohne dass die Stabilität der Stromnetze verloren geht. Gemeinsam mit den Partnern Stadtwerke Passau, dem Softwarehaus und Rechenzentrumsbetreiber :a:k:t: und einer Projektfördersumme von knapp 3 Millionen Euro arbeiten Prof. Hermann de Meer und sein Team an einer IT-Steuerung der Stromverteilung, die den Verbrauch der Kunden abstimmt auf das Angebot im Netz. Schwankungen in der Stromproduktion führen so nicht zu einem Netzkollaps.
Eine neu entwickelte Software synchronisiert den Verbrauch des Abnehmers mit der Auslastung des Anbieters. Sinkt die Stromzufuhr ins Netz, weil an einem windstillen, trüben Tag mit Niedrigwasser weder Wasserkraft noch Wind- und Sonnenenergie in ausreichendem Maß zur Verfügung stehen, sollen die Server von :a:k:t: energieintensive Rechenoperationen auf einen günstigeren Zeitpunkt verschieben. Wird umgekehrt kurzfristig deutlich mehr Strom ins Netz eingespeist als abgenommen werden kann, soll der Großkunde etwa die Kühlung seiner Rechner verstärken. Damit verschafft er sich einen Puffer, um sie zu einem späteren Zeitpunkt kurzzeitig ganz ausschalten zu können. Im Schnitt bleibt so der Energieverbrauch gleich, die Schwankungen im Netz werden jedoch ausgeglichen.
Zur technischen Umsetzung einer solchen neuartigen Vertragsbeziehung zwischen Stromanbieter und
-abnehmer gewähren sowohl die Stadtwerke als auch :a:k:t: den Mitarbeitern der Universität Passau Zugang zu ihrer IT-Struktur. „Unser gemeinsames Ziel ist eine vollautomatisierte Steuerung: Das Netz meldet den Wunsch nach Energieeinsparung, die Schnittstelle in unserem Rechenzentrum berechnet automatisch – abhängig von der Auftragslage –, welche Systemkomponenten ihren Verbrauch herunterfahren können“, erklärt Stefan Dambeck, Leiter der Abteilung System Operations bei :a:k:t:. Die Firma arbeitet mit der Universität bereits in einem weiteren Projekt an Energieeinsparungen innerhalb von Rechenzentren.
Von der Teilnahme an „All4green“ erhofft sich Dambeck u. a. eine verbesserte Transparenz des Stromverbrauchs der Rechenzentrumskomponenten, die Erprobung innovativer Managementkonzepte sowie günstigere Stromkonditionen als Folge eines speziell angepassten Vertragswerks. Diese könnte der Rechenzentrumsbetreiber zukünftig an seine Kunden weitergeben – in Form von günstigeren Konditionen im Tausch für das Einverständnis, dass eine zugesicherte Systemleistung flexibel und angepasst an die Stromnetzauslastung bereitgestellt wird.
„Der Weg zum Erfolg der Energiewende führt über die Kunden“, sagt Prof. de Meer, Inhaber des Lehrstuhls für Informatik mit Schwerpunkt Rechnernetze und Rechnerkommunikation. „Wenn Lieferanten, Dienstleister und deren Kunden in eine Ökokette mit einbezogen werden, können wir Lastspitzen beim Stromverbrauch vermeiden. Denn diese sind nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch teuer.“ Unternehme man nichts, würden durch den Umstieg auf erneuerbare Energien Schwankungen im Netz weiter zunehmen. „Wenn man die Entwicklung fortschreibt, läuft sie auf teure und flächenverbrauchende Speicherkraftwerke hinaus – nur um Extremwerten bei Verbrauch und Angebot Herr zu werden“, so de Meer.
Alfred Thral, Betriebsleiter Versorgung der Stadtwerke Passau, bestätigt diese Einschätzung: „Noch haben wir keine Probleme im Netz. Bisher ist es allerdings einseitig ausgelegt auf die optimale Belieferung von Verbrauchern. Durch Sonnenkollektoren gibt es aber nun viele kleine dezentrale Einspeiser mit wechselndem Angebot.“ Dadurch verändern sich die Rahmenbedingungen im Netz. Es sind Szenarien denkbar, bei denen die Netzbetreiber die Einspeisung durch Solar- und Windenergie abschalten müssen, weil sie eine Überkapazität nicht ausgleichen können. Die Kosten für die trotzdem anfallende Vergütung würden auf alle Verbraucher umgelegt. „Das wollen wir vermeiden und suchen daher mit All4Green nach Modellen einer flexiblen Versorgung, die sich in Lieferverträgen sauber regeln lässt“, so Gottfried Weindler, Geschäftsführer der Stadtwerke.
Prof. de Meer hofft, dass die Politik nach Ablauf der 30-monatigen Projektphase von dem Ansatz überzeugt ist und noch bestehende wettbewerbsrechtliche Hindernisse bei der Gestaltung von entsprechenden Versorgungsverträgen beseitigt. Das Interesse ist groß – an All4Green sind als Teil eines Konsortiums mehrere europäische Partner und Unternehmen beteiligt, darunter mit Wind Telecomunicazioni SpA auch einer der größten italienischen Mobilfunkanbieter. „Wir gehen unser Praxisprojekt in Passau so an, dass die Erkenntnisse sich auch auf größere Verbraucher in anderen Netzen übertragen lassen“, so de Meer. Von der Gesamtfördersumme von 3 Millionen Euro fließen daher auch 1 Millionen Euro an die Passauer Praxiserprobung.
De Meer arbeitet seit 2006 am Thema Energieeffizienz von IT. Sein Schlüsselerlebnis war ein Aufenthalt an der Universität von Berkeley und das Erlebnis der Serverhallen von Google – für die ein eigenes Kraftwerk in unmittelbarer Nachbarschaft gebaut wurde. Daraus entstanden zunächst Projekte wie „FIT4Green“ und „G-Lab_Ener-G“, die sich mit Energieeinsparungen innerhalb von Rechenzentren beschäftigten. Grüne IT sieht er seitdem als zentrale Zukunftsaufgabe. „Schließlich entspricht der CO2-Ausstoß von IT ungefähr der gleichen Menge, die der Flugverkehr verursacht.“

Das Sekretariat der Konferenz der Vereinten Nationen für Nachhaltige Entwicklung (UNCSD) hat einen Entwurfstext für den für Juni anberaumten UN-Gipfel Rio+20 veröffentlicht.

Klimafolge: Überschwemmungen in Entwicklungsländern – Foto: D. Ott – Fotolia.com

Bis 23. Januar beziehungsweise 17. Februar haben die Regierungen und die EU Zeit für erste Kommentare.

“Die Zukunft, die wir wollen” (The Future We Want) – so ist der erste Entwurf des Textes für die UN-Verhandlungen über nachhaltige Entwicklung überschrieben. 20 Jahre nach dem ersten Weltgipfel, der die Themen Umwelt und Entwicklung zusammen behandelte, soll vom 20. bis 22. Juni 2012 im brasilianischen Rio de Janeiro das nächste Nationentreffen zu nachhaltiger Entwicklung stattfinden. “Grünes” Wirtschaften und ein neuer globaler institutioneller Rahmen für die internationale Umweltpolitik werden die Hauptthemen sein. Es soll aber auch Bilanz gezogen werden, was 1992 in Rio und 2002 in Johannesburg in puncto nachhaltige Entwicklung beschlossen wurde und was davon umgesetzt ist. Die EU hatte im Oktober 2011 Schlussfolgerungen zu ihrer Position für den Rio+20-Gipfel veröffentlicht.

Vom 25.-27. Januar finden die ersten offiziellen Diskussionen über den 2012er UN-Gipfel über nachhaltige Entwicklung statt. Die Staats- und RegierungsvertreterInnen haben bis 23. Januar Zeit, die ersten beiden Teile des Textes (sogenannter “Zero Draft”) schriftlich zu kommentieren. Es geht dabei um die fünfseitige Präambel, die “Vision” der UN für die Zukunft (Teil I) und die bereits bestehenden Beschlüsse (”Renewing Political Commitment”)

Teil III-V können bis Mitte Februar schriftlich kommentiert werden. Diese Textteile werden zusammen mit den Anmerkungen der einzelnen Staaten im März debattiert. Darin geht es um “grünes” Wirtschaften im Kontext nachhaltiger Entwicklung und Armtusbekämpfung (Teil III), den institutionellen Rahmen für nachhaltige Entwicklung (Teil IV) und dann die konkrete Umsetzung (”Framework for action and follow-up” – Teil V). Der letzte Teil enthält zum Beispiel Unterüberschriften wie Wasser, Energie, Lebensmittelsicherheit, Meere, Klimawandel und Wälder.

Nichtregierungsorganisationen sind eine der sogenannten “Major Groups”, die im Rahmen von UN-Verhandlungen – ohne Stimmrecht – beteiligt werden müssen.

Rio+20 – Erster Entwurf mit Zusammenfassung (engl.)

Offizielle Seite zum Rio+20-Gipfel

Quelle: DNR

Das Bundesamt für Naturschutz (BfN) warnt vor den Folgen des weiter anhaltenden massiven Verlusts an Grünland in den letzten Jahren in Deutschland.

Das Grünland wird immer weniger – Foto: Dagmar Struß

Grünlandflächen sind nicht nur prägende Elemente in der Agrarlandschaft mit hohem ästhetischem Naturwert, sondern haben eine hohe Bedeutung für zahlreiche Artengruppen wie auch für den Boden-, Wasser- und Klimaschutz. Alleine von 1990 bis 2009 hat sich die Grünlandfläche in Deutschland um 875.000 ha verringert, – mit teilweise dramatischen Folgen für typische Pflanzen- und Tierarten wie Witwenblume, Kuckuckslichtnelke, Wiesenknopf und des auf letzteren angewiesenen Ameisen-Bläulings sowie weitere Schmetterlingsarten. „Grünland hat für den Schutz von Biodiversität, aber auch für die Ressourcen Wasser, Boden und Klima eine zentrale Funktion. Nur wenn es uns gelingt, das noch verbleibende Dauergrünland in Umfang und Qualität zu sichern und zu entwickeln, können wir unserer Verantwortung gerecht werden und die bis 2020 vereinbarten Biodiversitätsziele auf europäischer und bundesdeutscher Ebene erreichen“, sagte die Präsidentin des Bundesamts für Naturschutz, Prof. Beate Jessel im Vorfeld der internationalen Grünen Woche in Berlin.

Wichtigste Ursache des Grünlandumbruchs ist der massiv gestiegene Maisanbau,. Ein Umbruch von Grünland ist dabei insbesondere auch für den Klimaschutz negativ, da Grünland hohe Mengen an Kohlenstoff bindet, die beim Umbrechen wieder aus den Böden entweichen. So werden beim Umbruch von 1 ha Grünland ca. 20-35 t C-Äquivalente des ursprünglichen Bodenkohlenstoffs frei gesetzt. Nach Ansicht der BfN-Präsidentin ist es daher unabdingbar, mit den Instrumenten der Europäischen Agrarpolitik (GAP) den Erhalt von Dauergrünland zukünftig auch auf Betriebsebene zu verankern. Die entsprechenden extensiven Nutzungssysteme mit zum Beispiel Milchvieh in Weidehaltung, 1-2 schürigen Wiesen oder dem ökologischen Landbau, die einer natur- und artgerechten Tierproduktion und dem Erhalt der Biodiversität besonders dienen, müssten für die Landwirte attraktiver und rentabel ausgestaltet werden. Neben den traditionellen Nutzungen als Wiesen und Weiden sollten hierbei auch neuartige Nutzungen wie Agroforstsysteme oder großflächige Weidelandschaften stärker berücksichtigt werden.

Die BfN-Präsidentin begrüßte in diesem Zusammenhang, dass die EU-Kommission dem Schutz des Grünlandes in der GAP ab 2014 eine stärkere Bedeutung als bisher beimessen will. Jessel: „Diese gute Absicht darf bis zum Beginn der reformierten GAP aber nicht durch weiteren und vorsorglichen Umbruch wertvollen artenreichen Grünlands durch Betriebe konterkariert werden. Hier sind unbedingt Nachbesserungen notwendig. Aus Sicht des Naturschutzes ist es erforderlich, dass ein sofortiges Umbruchverbot gilt und nicht erst ab 2014, sowie statt der weiterhin gültigen 5% Grenze eine einzelfallbezogene Umbruchbewilligungspflicht eingeführt wird.“

Um den notwendigen Grünlandschutz zum Erfolg zu machen sowie effektiven Klima-, Wasser- und Bodenschutz zu betreiben muss auch die finanzielle Ausstattung von Agrarumweltmaßnahmen im Grünland deutlich erhöht werden.

Der BUND und sein internationales Netzwerk Friends of the Earth (Freunde der Erde) haben die Fluggesellschaften aufgefordert, sogenanntes “Biokerosin” künftig nicht mehr in Flugzeugen einzusetzen.

Biokerosin macht fliegen nicht besser – Foto: Dagmar Struß

Bei den Testreihen, die Lufthansa jetzt mit einem Flug von Frankfurt nach Washington abschließe, seien bereits große Mengen potentieller Nahrungsmittel durch die Düsentriebwerke der Airbusse gejagt worden, sagte der BUND-Verkehrsexperte Jens Hilgenberg. “In Afrika und anderswo hungern Millionen und die Fluggesellschaften hängen sich auf Kosten dieser Menschen ein grünes Mäntelchen um. Das dürfen wir nicht akzeptieren”, sagte Hilgenberg.

Lufthansa habe erklärt, den Einsatz von Biosprit ausbauen zu wollen, sobald genügend zertifizierte Rohstoffe zur Verfügung stünden. Auf der Suche nach Alternativen zum klimaschädlichen Flugbenzin liebäugelten auch Airlines wie KLM, Air France und British-Airways mit Agro-Kerosin, sagte Hilgenberg. Der BUND-Experte forderte stattdessen eine Reduzierung der Flugbewegungen und die drastische Verbesserung der Effizienz der Flugzeugtriebwerke.

Die Pläne, im europäischen Luftfahrtsektor einen Teil des herkömmlichen Kerosins zu ersetzen, würden bis 2020 zu einem jährlichen Mehrbedarf von rund zwei Millionen Tonnen Agro-Sprit führen. Für dessen Produktion würde nach Untersuchungen von Friends of the Earth eine landwirtschaftliche Fläche von bis zu 3,5 Millionen Hektar benötigt. Dies entspräche einer Fläche von der Größe Belgiens.

Geert Ritsema von Friends of the Earth Niederlande: “Agro-Kerosin ist mitnichten die grüne Revolution der Luftfahrt. Die Flugindustrie strebt nach größerer Unabhängigkeit vom Öl und wird damit zum Konkurrenten in der weltweiten Lebensmittelproduktion. Bereits heute wird durch den Anbau von Jatropha in Indonesien und Mosambik die Nahrungsmittelproduktion verdrängt. Wenn der Anteil von Agro-Kerosin substantiell zunimmt, sind die Folgen für die Menschen im globalen Süden unvorhersehbar.”

Hinzu komme, dass der Einsatz von Agro-Kerosin in Flugzeugen keinesfalls klimaneutral sei, wie von Airlines und Flugzeugherstellern oft kolportiert. Neben Emissionen, die durch Anbau, Herstellung und Transport der Ausgangsstoffe für den Agro-Sprit entstünden, führe dessen Verbrennung in den höheren Schichten der Erdatmosphäre zur Emission von Stickstoffoxid, Wasserdampf und Feinstaub, die in der Summe ebenso schädlich seien wie das Klimagift Kohlendioxid.

“Die Lufthansa behauptet zwar, ihre Testreihe hätte zum Klimaschutz beigetragen. Dabei ignoriert sie aber einen Großteil der Emissionen und deren Wirkungen in der Atmosphäre”, sagte Hilgenberg. “Neben effizienteren Motoren, leichteren Flugzeugen und optimierten Flugplänen gibt es nur einen Weg zur Verringerung der Klimawirksamkeit des Flugverkehrs: Die generelle Reduzierung der Flüge. Dafür gibt es beispielsweise auf innereuropäischen Strecken die umweltfreundliche Alternative der Bahn”, so der BUND-Experte.

Der Nordpazifik spielt eine wichtige Rolle für das globale Klima.

Algen Clathromorphum nereostratum als neues Klimaarchiv entdeckt – Foto: S. Hetzinger / IFM-GEOMAR

Doch bisher sind die natürlichen dekadischen Klimaschwankungen in dieser Region weitgehend unerforscht, auch weil langzeitliche Messreihen und hochauflösende Klimaarchive fehlen. Meeresforschern des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität Toronto gelang mit einer neuen Methode erstmals eine jahrgenaue Rekonstruktion des Klimas aus Kalkalgen aus dem Aleutenbogen für die vergangenen 200 Jahre. Ihre Ergebnisse sind in der internationalen Fachzeitschrift „Climate Dynamics“ erschienen.

Für die Entwicklung des Klimas sind die hohen Breiten von großer Bedeutung. Änderungen wirken sich dort stärker aus als beispielsweise in den Tropen. Außerdem ist bekannt, dass die Atmosphäre in diesen Breiten das Klima in anderen Erdregionen stark beeinflusst. Umso problematischer ist es, dass viele Klimaprozesse – zum Beispiel natürliche Klimaschwankungen, die sich im Bereich von einem bis wenigen Jahrzehnten abspielen – gerade im subarktischen Nordpazifik kaum erforscht sind. Das liegt unter anderem daran, dass verlässliche Messungen höchstens 100 Jahre zurückreichen, und natürliche Klimaarchive dort bisher nicht die nötige Auflösung haben, um kurzzeitige Klimaschwankungen in die Vergangenheit zurückverfolgen zu können.

Einer Gruppe von Ozeanographen des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität von Toronto (Kanada) unter Leitung von Dr. Steffen Hetzinger, Prof. Dr. Jochen Halfar sowie dem Meteorologen Dr. Noel Keenlyside ist es nun erstmals gelungen, das Klima im nordpazifischen Raum bis ins Jahr 1818 jahrgenau zu rekonstruieren. „Wenn wir die Klimaschwankungen der Vergangenheit besser kennen, können wir auch das Klima der Zukunft genauer vorhersagen“, betont Dr. Hetzinger vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor einer Studie im internationalen Fachmagazin „Climate Dynamics“, in der die Arbeitsgruppe ihre Ergebnisse vorstellt.

Für ihre Klimarekonstruktion nutzten die Wissenschaftler eine Rotalge, die in den Küstengewässern der Aleuten sehr verbreitet ist. Im Gegensatz zu frei im Wasser schwebenden Algen bildet die Art Clathromorphum nereostratum ein Kalkgerüst am Meeresboden. Ein Schnitt durch eine vom Meeresboden geborgene Algenprobe offenbart Jahresbänder ähnlich den Jahresringen von Bäumen. „Allerdings wachsen diese Algen extrem langsam, so dass die gezielte Beprobung bestimmter Wachstumsjahre äußerst präzise geschehen muss“, erklärt Dr. Hetzinger. Mit Hilfe von Spezialmikroskopen und einer sogenannten Elektronenstrahl-Mikrosonde haben die Wissenschaftler Variationen von Magnesium und Calcium in den Wachstumsbändern einer Algenprobe gemessen. „Daraus können wir Rückschlüsse auf die Wassertemperaturen und damit auf das Klima der vergangenen 200 Jahre ziehen“, erklärt Dr. Hetzinger.

Mit der neuen Methode konnten die Wissenschaftler erstmals eine angenommene Verbindung zwischen Klimaschwankungen im nordpazifischen und im nordatlantischen Raum auf dekadischen Zeitskalen anhand von Messergebnissen nachweisen. „Unsere Daten aus dem Nordpazifik zeigen eine Verbindung zwischen Schwankungen des Aleutentiefs und der Nordatlantischen Oszillation“, sagt Jennifer Mecking vom IFM-GEOMAR, die als Doktorandin intensiv an dem Projekt mitgearbeitet hat. Das Aleutentief hat dabei eine ähnliche Bedeutung für das Wetter- und Klimageschehen im Pazifik wie das Islandtief für den Atlantik. Die Nordatlantische Oszillation beschreibt die langzeitlichen Zirkulationsmuster im atlantischen Raum, die Schwankungen auf mehrjährigen Zeitskalen unterworfen sind.

In dieser Woche stellen die Forscher ihre Ergebnisse auch auf der Jahrestagung der American Geophysical Union in San Francisco vor. Parallel arbeiten sie daran, die Klimarekonstruktion für den Nordpazifik mit Hilfe von Clathromorphum nereostratum noch weiter in die Vergangenheit zu erweitern. „Hoffentlich verstehen wir dann die Prozesse in dieser für das Klima so wichtigen Region besser“, sagt Dr. Hetzinger.

Originalpublikation
Hetzinger, S., J. Halfar, J. V. Mecking, N. S. Keenlyside, A. Kronz, R. S. Steneck, W. H. Adey, P. A. Lebednik, 2011: Marine proxy evidence linking decadal North Pacific and Atlantic climate. Climate Dynamics. Im Web

Eine Studie der UNO zeigt die Zusammenhänge von Klimawandel, Migration und Konflikten auf.

Studie zum Klimawandel in Afrika

In Afrika schreitet der Klimawandel schon heute merklich voran. So stieg die durchschnittliche Temperatur in der westafrikanischen Sahelzone von 1970 bis 2006 um durchschnittlich 1 Grad, in anderen Gebieten sogar um bis zu 2 Grad.

Eine solch drastische Erwärming hat enorme Auswirkungen auf Niederschläge, Vegetation und Bevölkerung. Eine Studie der UNO, die jetzt auf dem Klimagipfel in Durban vorgestellt wurde zeigt diese Veränderungen für 17 westafrikanische Länder auf.

Die Studie entstand in Zusammenarbeit von UNEP und weiteren Einrichtungen. UNEP-Direktor Achim Steiner zur Studie: „Die Analyse unterstreicht, wie die Konkurrenz von Gemeinschaften um knappe Ressourcen wie Land, Wasser und Wälder in Westafrika bereits Realität ist. Die regionale Zusammenarbeit bildet den Schlüssel dafür, Spannungen abzubauen, Risiken zu beherrschen und die Möglichkeiten zunehmender Konflikte durch die Umweltveränderungen ausgelöste Migration zu drosseln.“

Die gesamte Studie „Livelihood Security: Climate Change, Migration and Conflict in the Sahel” (Sicherheit der Lebensgrundlagen: Klimawandel, Migration und Konflikt im Sahel) finden Sie hier.

Erdgeschichtliche Klimaveränderungen haben das Schicksal der Vorfahren des modernen Menschen beeinflusst – warum aber manche evolutionäre Varianten entstanden oder verschwanden, war bislang unklar.

Fossiler Schädel – Foto: Martin Trauth / Uni Potsdam

Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und der Universität Potsdam haben nun eine neuartige Betrachtungsweise für die Entwicklung der vergangenen fünf Millionen Jahre vorgelegt. Eine nichtlineare statistische Analyse von Ablagerungen auf dem Meeresboden vor Afrika deutet darauf hin, dass abrupte Änderungen der Schwankungsneigung des Klimas die Evolution des Menschen entscheidend geprägt haben könnten. Zunächst drei solcher urzeitlicher Kipp-Punkte haben die Forscher ausgemacht.

„Dass Klimaänderungen für die Menschheitsgeschichte bedeutsam sind, wurde schon lange angenommen – aber bisher nie wirklich statistisch belegt“, sagt Jonathan Donges vom PIK, Leitautor der in den renommierten Proceedings of the National Academy of Sciences diese Woche veröffentlichten Studie. Dieser Beleg sei aber wichtig. „Wir können erstmals zeigen, dass das Zusammentreffen von Veränderungen der Schwankungsneigung des Klimas und solchen in der frühmenschlichen Evolution mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Zufall war“, so Donges. Entscheidend sei der Wechsel von Zeiten geringer Klimaschwankungen zu solchen starker Klimaschwankungen – „also gleichsam die Änderungen der Änderungen“. Diese erhöhten offenbar den Selektionsdruck.

Staubspuren auf dem Boden der Ozeane als Datenlieferant
Statt längerer Trends haben sich die Forscher vergleichsweise kurzfristige Veränderungen angeschaut, die allerdings immer noch einige tausend Jahre umfassen. Die mathematische Auswertung der Millionen Jahre umfassenden Zeitreihen stützte sich auf Daten, die marine Geologen bereits vor längerer Zeit veröffentlichten. Sie stammen aus Bohrkernen aus dem Untergrund des indischen und atlantischen Ozeans sowie des Mittelmeeres. Hier finden sich Spuren von Wüstenstaub, die Rückschlüsse auf das zu bestimmten Zeiten an Land herrschende Klima zulassen.

Dabei konnten die Forscher auch einige der Mechanismen identifizieren, welche die Klimaänderung vermutlich ausgelöst haben. So hat sich etwa der Zufluss von warmem Wasser aus dem Pazifik Richtung Afrika verringert, weil sich in der Region des heutigen Indonesiens Landmassen verschoben. Da Meeresströmungen aber Förderbänder für Wärme sind, veränderten sich in der Folge die regionalen Temperaturen und Niederschläge in Afrika. Dies hatte wiederum Auswirkungen auf die örtliche Pflanzenwelt und damit den Tierbestand sowie Vormenschen wie den Australopithecus, der vor etwa einer Million Jahren ausstarb. Andere Vorläufer des Menschen hingegen konnten sich unter den geänderten Bedingungen plötzlich besser durchsetzen, weil sie anpassungsfähiger waren. „Der Generalist Homo hatte im stärker schwankenden Klima bessere Chancen als spezialisiertere Vormenschen“, so Donges.

Blick auf die Vergangenheit schärft den auf die Zukunft
Der Blick auf die Vergangenheit könnte auch den auf die Zukunft schärfen helfen. „Klimaänderungen haben Auswirkungen auf die Lebensbedingungen des Menschen – und was in der Vergangenheit viele hunderttausend Jahre gedauert hat, das könnte durch den menschengemachten Treibhauseffekt jetzt im Zeitraffer ablaufen“, erklärt der Leiter des Forschungsteams und Ko-Autor Jürgen Kurths. Eine der drei relevanten Perioden vor gut drei Millionen Jahren gilt von den Temperaturen her als Gegenstück zu einer Welt mit ungebremstem CO2-Ausstoß Ende unseres Jahrhunderts. „Dabei geht es nicht um eine Übertragung Eins zu Eins, sondern um das Verstehen der grundlegenden Mechanismen von Klimaveränderungen“, so Kurths. „Die so genannte Paläo-Klimatologie dient oft der Überprüfung von Annahmen für das Klima von Heute, Morgen und Übermorgen.“

„Es ist ein großer Schritt nach vorn, dass endlich die Methoden der nichtlinearen Physik auch in der Forschung zur Entwicklung der Menschheit genutzt werden können“, sagt Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK und gleichfalls einer der Ko-Autoren der Studie. Er ist einer der Pioniere bei der Anwendung dieser auch als Chaostheorie bekannten Disziplin in der Erdsystemforschung. „Besser und besser gelingt es uns, komplexe dynamische Systeme zu verstehen“, so Schellnhuber. „Und dabei zeigt sich immer mehr, dass es sich hier nicht um ein Glasperlenspiel handelt, sondern ein außerordentlich relevantes Forschungsfeld – gerade mit Blick auf den Klimawandel.“

Originalpublikation
Donges, J., Donner, R.V., Trauth, M.H., Marwan, N., Schellnhuber, H.J., Kurths, J.: Nonlinear detection of paleoclimate-variability transitions possibly related to human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences [doi:10.1073/pnas.0709640104]

Hohe Methankonzentrationen in sibirischen Küstengewässern, die auf tauende Permafrostböden zurückgeführt wurden, machten 2010 weltweit Schlagzeilen.

Hohe Methan-Konzentration in Laptev-See – Foto: T. Klagge / IFM-GEOMAR

Eine Studie deutscher, kanadischer und russischer Wissenschaftler unter Leitung des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) zeigt jedoch, dass in diesem Fall nicht der aktuelle Klimawandel schuld ist. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen.

Die globale Erwärmung birgt viele Gefahren. Dazu gehört auch das mögliche Auftauen von Permafrostböden in der Arktis. Methan, das bisher im Permafrost gebunden war, könnte in die Atmosphäre gelangen und als effektives Treibhausgas die Erwärmung der Atmosphäre weiter beschleunigen, so die Befürchtung. Tatsächlich belegten wissenschaftliche Studien in den vergangenen Jahren hohe Methankonzentrationen in den flachen Küstenmeeren Ostsibiriens. Der Schluss lag nahe, dass der Permafrost im Meeresboden bereits abtaut und Methan ins Wasser entlässt. Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) haben zusammen mit Kollegen aus Russland und Kanada diese Vermutung überprüft. Ihr Ergebnis: „Die Methankonzentrationen vor den sibirischen Küsten sind keine Folge der aktuellen Klimaerwärmung, sondern Spätfolgen einer Klimaveränderung, die vor etwa 10.000 Jahren begann“, erklärt Dr. Igor Dmitrenko vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor der Studie, die in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen ist.

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler unter anderem hydrographische und meteorologische Daten des Staatlichen Instituts für Arktis und Antarktisforschung (AARI) Russlands, die bis ins Jahr 1920 zurückreichen. Sie ergänzten diesen umfangreichen Datensatz mit neueren Messungen, die zwischen 1993 und 2009 im Rahmen des deutsch-russischen Projektes „System Laptev-See“ in den ostsibirischen Schelfgebieten gewonnen wurden. „Tatsächlich zeigen diese Daten eine deutliche Erwärmung der unteren bodennahen Wasserschichten von 2,1 Grad Celsius seit Mitte der 1980er Jahre“, sagt Dr. Dmitrenko. Diese Ergebnisse verbanden die Forscher mit Modellrechnungen zur Entwicklung des Permafrostbodens. Dabei fanden sie heraus, dass der angenommene Tauprozess im unterseeischen Permafrost nicht mit dem aktuellen Temperaturanstieg erklärt werden kann.

Gebildet haben sich die Permafrostböden während der Eiszeiten, als der heutige Meeresboden der sibirischen Schelfgebiete noch Land war. Erst vor rund 8500 Jahren wurden sie am Ende der jüngsten Eiszeit überschwemmt. Damals stieg die Temperatur im Boden von durchschnittlich minus 13,5 Grad Celsius auf nur noch minus 1,5 Grad Celsius „Das war der radikalste Temperaturwechsel seitdem“, betont Dr. Dmitrenko. Die Modellrechnungen zeigen, dass damals ein sehr langsamer Tauprozess begonnen hat, der bis heute anhält. „Die hohen Methankonzentrationen im Wasser der sibirischen Schelfgebiete sind also wahrscheinlich keine Folge des jüngsten Temperaturanstieges in der Arktis, sondern Spätfolgen der Erwärmung am Ende der Eiszeit“, so Dmitrenko.

Bis der aktuelle, von Menschen verursachte Klimawandel die unterseeischen Permafrostböden erreicht, kann noch viel Zeit vergehen. „Die dicken Sedimentschichten, die sich in den vergangenen Jahrtausenden auf dem Meeresboden abgelagert haben, sind eine gute Isolierschicht“, erklärt der Meereswissenschaftler. Wie lange sie hält, ist schwer zu ermitteln. „Das hängt von sehr vielen Faktoren ab, deshalb sind das eher spekulative Werte.“ Entwarnung in Sachen Klimawandel will Dmitrenko trotzdem nicht geben: „Erstens gelten unsere Ergebnisse nicht für Permafrostböden an Land. Und zweitens haben die von uns nachgewiesenen Temperaturerhöhungen im arktischen Ozean andere gravierende Auswirkungen auf das Klimasystem und die Ökologie der Arktis.“

Originalpublikation
Dmitrenko, I. A., S. A. Kirillov, L. B. Tremblay, H. Kassens, O. A. Anisimov, S. A. Lavrov, S. O. Razumov, M. N. Grigoriev. (2011:), Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability. J. Geophys. Res., 116, C10027, http://dx.doi.org/10.1029/2011JC007218